起重機械安全監控管理系統實驗室的規劃和建設

杜鑫　廖源

摘 要：大型起重機械安裝安全監控管理系統是提升設備本質安全的一種重要手段。隨著國家相關安全技術法規的要求不斷提高，大量起重機械安全監控管理系統研究開發商推出了多種技術方案，價位不等，質量不等，在質量和貿易方面均存在不同的程度的認識，有必要建立一個統一的實驗室，以國家標準《起重機械安全監控管理系統》（GB/T 28264—2012）為依據開展符合性評價，同時可以根據起重機智能化的發展趨勢開展一系列相關技術研究。

關鍵詞：起重機械;安全監控管理系統;實驗室

中圖分類號：TG115.28文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0037-03

起重機械是我國基礎建設的重要特種設備。隨著我國對基礎建設的投入不斷增多，起重機械在其中發揮的作用不斷增大。目前，我國起重機械的事故率仍然較高，其原因是監管信息不完整、對事故發生的原因未進行認真思考和總結、事故發生后對事故發生的原因很難進行準確的把握[1]。解決這些問題的基本思路是建立一套可識別性、完整性、可追溯性的起重機械安全監控管理系統。但是，安全監控管理系統實現的手段多種多樣，有必要建立一個統一的實驗室，以國家標準《起重機械安全監控管理系統》（GB/T 28264—2012）為依據開展符合性評價。

1 實驗室定位

依托國家橋架類及輕小型起重機械質量監督檢驗中心所籌建起的重機械安全監控管理系統實驗室，作為國家級實驗室，實驗室的整體配置將達到國內領先水平。其可以實現以下功能：第一，在實驗室環境下對符合《起重機械安全監控管理系統》（GB/T 28264—2012）的大型起重機械安全監控管理系統進行實驗驗證;第二，充分利用傳感技術，接入需要遠程監控和管理的起重機械，進行現場運行數據的監控與采集，從而使相關人員能及時、準確地掌握起重機械運行中存在的問題并及時進行遠程維護和技術支持[2];第三，為以可靠性為中心的維修（RCM）、起重機械運行質量建模分析或者剩余壽命評估等研究提供基礎數據和環境等。

同時，可以根據起重機智能化的發展趨勢開展一系列相關技術研究，如物聯網技術、云計算技術、基于故障樹與專家系統相結合的起重機電氣和機構故障預警技術[3]、基于多因素修正的疲勞壽命估算方法[4]。尤其是物聯網技術，能為監管單位提供有力的技術支撐，為使用單位提供起重機的運行狀態，及時預判起重機的風險情況，為設計單位提供運行參數，對起重機的優化設計提供有力的數據支持。

2 實驗室規劃和設計

①起重機械安全監控系統實驗室作為國家級實驗室，建成后其業務將面向全國，基于本起重機安全監控管理系統實驗平臺可以實現多設備的遠程接入集中監控，在客戶端進行起重機安全監控系統運行情況跟蹤管理，方便對系統性能的驗證評估，進行數據采集、分析和評價，為檢驗單位和使用單位及制造單位提供數據積累和分析，并可通過實驗研究，提高起重機安全監控系統實施水平，可接入專家系統，運用故障樹與專家系統相結合的方法對起重機設備工作狀態進行研判，給出監管意見，并能實現整改效果監督。

②實驗室配有一個非標的葫蘆門式起重機模型，可以就地進行一般功能開發和驗證，該起重機模型具備起升、大小車運行功能，具備齊全的安全保護裝置，包括限位開關、位移編碼器、起重量傳感器、風速儀、光電接近開關、聲光報警等，能測量和反映出模型的位置和重量值，向監控系統提供數據。電氣控制系統采用西門子S7-300系列PLC，控制接觸器正反轉驅動各機構電機。除配置必需的I/O模塊、模擬量模塊以外，另外還配置不少于2路A/D通道和1路編碼器接口用于實驗。在系統中預留通信接口，可以接入外部系統或設備，可以對比系統性能和產品功能驗證開發。模型的控制回路供電采用隔離變壓器供電，次邊不接地，以保證實驗人員安全。

元器件全部開放布置，機構的動作與旁邊的起重機安全監控系統拓撲圖能互動結合，拓撲圖能反映出設備的工作原理，動力驅動邏輯和監控系統監測過程和數據上傳的拓撲結構等細節能被直觀地展現出來。此外，在動作過程中，有相應的指示燈表示對應的機構動作示意。以利于達到演示教學的目的。葫蘆門式起重機模型和監控系統拓撲圖如圖1和圖2所示。

③實驗室就地具備模擬實驗接入接口，可對臨時的實驗驗證裝置接入系統進行功能驗證，如接口為開關量或模擬量的設備、串口通信的設備等。

④實驗室中的LCD大屏根據實際使用需求而設計，其將國際最卓越的LCD高清晰度數碼顯示技術、無縫拼接技術、多屏圖像控制處理技術、多路信號切換技術、網絡技術、集中控制技術等應用綜合為一體，形成一個擁有高亮度、高清晰度、高智能化、操作簡單的大屏幕顯示系統。整套系統的硬件、軟件設計上已充分考慮到系統的先進性、安全性、可靠性、經濟適用性、可維護性和擴展性等，存儲和處理能力遠遠滿足遠期擴展的要求。通過大屏幕監控，可同時進行多臺設備實時監控和功能演示。整個LCD大屏幕顯示系統既可以作為監控終端，同時顯示所有的輸入信號，又可以根據需要，把重要的信號在屏幕上任意位置放大顯示，包括單屏顯示、跨屏顯示、共屏顯示、疊加顯示和預案顯示等。

⑤實驗室配套部署3個監控工作站和服務器等相關網絡設備，如圖3所示。

2.1 監控系統的實驗驗證

該實驗室中的起重機械安全監控管理系統平臺覆蓋《起重機械安全管理系統》（GB/T 28264—2012）定義的監控管理系統結構模式，包括15個參數量和7個狀態量，采用分布式數據采集，具備遠程集中監控、碰撞預警等功能，監測起重機械電氣系統運行狀態，支持遠程故障診斷，記錄保養維護信息。系統可以精確測量起重機大車位置、小車位置、起重量、起重力矩、行程、速度、起升高度、工作時間等運行數據，提供實時超限預警，保障設備作業安全。操作人員可以在遠端就該起重機上所裝的起重機械安全監控管理系統進行符合性評價。

該實驗室配備有高精度的風速儀及各種傳感器，利用實驗室預留的A/D通道和1路編碼器接口，利用實驗室中的標準風源和標準轉速裝置及標準砝碼可以對風速、起升高度、起重量及大小車行程用的旋轉編碼器、重量傳感器進行對比驗證，保證這些設備應用到安全監控系統中的準確性和可靠性。另外，對基于Window平臺開發的符合《起重機械安全管理系統》（GB/T 28264—2012）的起重機械安全監控管理系統利用該實驗室中的3G遠程無線傳輸模塊可以對該監控系統平臺與該實驗室中的監控系統平臺進行對比驗證。評價該監控系統的準確性和可靠性。

2.2 起重機械物聯體現

該實驗室的起重機械安全監控系統符合《起重機械安全管理系統》（GB/T 28264—2012）中起重機械安全監控管理系統的要求，具有數據采集、數據顯示、故障預警、數據存儲、視頻監控和歷史數據回放等功能。系統采用客戶端（C/S）結構，標準TCP/IP協議接入，可以將外部異地具備聯網功能的起重機安全監控管理系統接入平臺，對多臺設備進行監控，實現集中監管。可任意切換或綜合顯示各接入設備的實時狀態，并能保存30天的歷史數據。監控數據通過LCD大屏進行直觀的畫面展示，包括設備外形示意及活動狀態、按機構區分的工作監控顯示、電氣主回路與控制回路對應狀態，畫面簡潔美觀。

3 實驗室管理模式

起重機械安全監控管理系統實驗室是依托國家橋架類及輕小型起重機械質量監督檢驗中心所建，管理方法、管理模型、管理制度、管理組織程序都由該中心負責實施。

4 結論

起重機械安全監控系統實驗室是通過對一部分硬件裝置和監控系統軟件的對比測試，實現對符合《起重機械安全管理系統》（GB/T 28264—2012）的起重機械安全監控管理系統的評價。同時，利用物聯網技術，采用故障樹的方法對專家系統進行數據支持，不僅實現了對起重機械運行狀態的實時監控，還可以實現系統的故障預警和疲勞壽命估算，為起重機的安全運行提供有力保障。

參考文獻：

[1]徐凱.基于物聯網的起重機風險評估系統的研究[D].南京：南京航空航天大學，2013.

[2]潘攀，李靖宇.橋式起重機安全監控系統研究[J].硅谷，2014（7）：75-76.

[3]蔡娟.控制系統的神經網絡故障預警方法[D].長沙：湖南大學，2009.

[4]呂瓊帥.BP神經網絡的優化與研究[D].鄭州：鄭州大學，2011.